背景纹影技术(Background Oriented Schlieren,BOS)是在传统纹影技术上发展出来的一种新型流动显示技术,因具有装置结构简单,视场范围大,和时空分辨率高等优点而得到广泛应用。本文以彩色条纹图像为背景,主要从BOS流动显示系统的图像采集装置和BOS技术中提取背景图像偏移量两方面存在的问题出发,展开了以下研究工作:1.本文设计实现了一款基于FPGA的嵌入式图像采集装置,有潜力应用于实际的BOS系统进行彩色条纹流动显示。由于传统BOS系统通常通过PC机控制从工业相机采集图像,功耗和体积大、成本高且定制困难,并且用传统BOS系统进行流动显示时分辨率低,采集速率有限,通常无法对流场环境进行实时观测,不便于系统搭建和调整。相对而言,嵌入式系统和FPGA具有成本低、功耗和体积小,可编程、易定制安装等优点。本文设计实现的FPGA嵌入式图像采集装置采用Altera Cyclone IV系列EP4CE6F17C8N型号的FPGA作为核心控制芯片,通过OV5640 CMOS图像传感器对高清图像进行高速采集,采集帧率为30fps,采集图像的分辨率为1024*720,格式为RGB565,采集的图像数据存储在SDRAM中,并且可以通过VGA接口进行图像实时显示,共有彩色、灰度和边缘检测三种显示模式。针对基于FPGA的嵌入式图像采集装置,首先设计硬件结构框架,完成器件选型,使用Altium Designer 16.1完成装置的电路原理图和PCB设计。接着利用Quartus Prime 17.1开发环境和Verilog HDL语言,对装置各功能模块进行逻辑设计。最后,在装置硬件平台和FPGA功能模块逻辑设计的基础上,完成了硬件电路调式和系统联调,并给出了最终的装置成果。2.本文采用彩色条纹图案为背景,分析研究了基于三步相移算法的BOS背景图像处理方法。BOS技术的关键步骤是从背景图像上提取偏移量信息。目前,BOS技术计算偏移量的算法有互相关算法、光流算法、点阵识别算法等。然而,这些算法分别存在着互相关窗口尺寸难以自适应、抗噪声能力弱和空间分辨率低等缺点。针对此问题,本文研究的基于三步相移算法的BOS背景图像处理方法中的RGB编码载波条纹图像由三幅相移图像组成,代替了传统BOS方法中随机背景散斑图。通过比较三幅分离图像中对应点的相移量来提取位移偏量,无需查询窗口,且具有较高的空间分辨率。以热风枪为对象,采用上述基于三步相移的彩色条纹BOS技术进行了流动显示实验,初步验证了方法的可行性。